1、第二章 再生纖維素纖維 第一節(jié) 概述,一、纖維素來源 每年可以產(chǎn)生幾千億噸，只有60億噸被使用。 資源豐富，可以再生,2,二、歷 史,在1891年，克羅斯（Cross）、貝文（Bevan）和比德爾（Beadle）等首先以棉為原料制成了纖維素黃酸鈉溶液，由于這種溶液的粘度很大，因而命名為“粘膠”。粘膠遇酸后，纖維素又重新析出。,3,根據(jù)這一原理，1893年發(fā)展成為一種制造纖維素纖維的方法，這種纖維就叫做“粘膠纖維”。到1905年，米勒爾（Muller)等發(fā)明了一種稀硫酸和硫酸鹽組成的凝固浴，實現(xiàn)了粘膠纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。,二、歷 史,4,三、再生纖維素纖維的生產(chǎn)方法,（1）粘膠法：粘膠纖維 （2）

2、溶劑法：銅氨纖維；萊賽爾纖維；莫代爾纖維。 （3）纖維素氨基甲酸酯法：纖維素氨基甲酸酯纖維 （4）閃爆法：新纖維素纖維 （5）熔融增塑紡絲法：新纖維素纖維,5,四、粘膠纖維概述1、分類,6,粘膠短纖維,普通粘膠長絲 有色粘膠長絲 抗菌粘膠長絲,粘 膠 纖 維,7,短纖,長絲,繡花線,8,有光長絲,半光長絲,9,2、粘膠纖維的性能,（1）吸濕性是普通化纖中最好的（通常條件回潮率13，比棉好）。 （2）染色性好，色譜齊全，色澤鮮艷。 （3）斷裂強度比棉?。粷駨娦∮诟蓮姡ǜ蓮姷?050%）,不耐水洗。 （4）易燃燒 （5）耐堿不耐酸（較棉差）。 （6）懸垂性好，易皺，尺寸穩(wěn)定性差。,10,第二節(jié) 生

3、產(chǎn)纖維素纖維的基本原理,一、植物纖維的原料及其化學(xué)成分 植物纖維是制造纖維素漿粕的原料，纖維素漿粕是生產(chǎn)纖維素纖維的原料。 植物纖維是植物的一種中空細(xì)長形態(tài)的細(xì)胞,11,（一）木材纖維原料 1、針葉材（softwood） 這類植物的葉子多呈針狀、條狀或鱗型，材質(zhì)比較松軟，纖維較長。代表植物：松、柏、杉等。,水杉,杉木,馬尾松,12,2. 闊葉材（hardwood） 葉子多為寬闊狀，材質(zhì)堅硬，稱之為硬木，造紙工業(yè)中使用的是材質(zhì)較松軟的品種，如楊、桉、柳、楹木、相思木等。,三倍體毛白楊,尾葉桉,馬占相思,13,（二）非木材纖維原料, 禾本科纖維原料： 竹子、蘆葦、荻、芒稈、甘蔗渣、麥草等。,竹子,

4、玉米桿,甘蔗渣,稻草,蘆葦,麥草,14,大麻, 韌皮纖維原料： 樹皮類：桑皮、檀皮、構(gòu)皮、棉稈皮等。 麻類：紅麻、大麻、黃麻、青麻、亞麻等。,構(gòu)樹韌皮中含有大量優(yōu)質(zhì)纖維,纖維色澤潔白,具有天然絲質(zhì)外觀,手感柔軟,具絲和棉的感覺,性能穩(wěn)定性較好,耐腐蝕性較好,是做宣紙、人造棉、鈔票用紙的好材料。,青麻,15,籽毛纖維原料：棉花、棉短絨及棉質(zhì)破布等。,棉花,16,葉部纖維原料：龍舌蘭、香蕉葉、甘蔗葉、 龍須草等。,香蕉葉,甘蔗基地,龍須草,龍舌蘭,17,（三） 其它非木材纖維原料 主要指棉桿，結(jié)構(gòu)介于木材和禾本科原料之間。,18,廢新聞紙(ONP),紙箱與紙板廢紙 OCC（Old Corrugat

5、ed Container）,19,二、纖維素的結(jié)構(gòu)與性能 1、結(jié)構(gòu) （1）結(jié)構(gòu)式：,結(jié)構(gòu)單元：葡萄糖殘基 重復(fù)單元：纖維二糖 單元間的鍵合：1-4苷鍵 化學(xué)式（C6H10O5）n,20,（2）纖維素大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)特征,A、大分子鏈由-D-葡萄糖剩基通過1,4-苷鍵連接而成，含大量苷鍵（縮醛性質(zhì)）。 B、相鄰葡萄糖環(huán)倒置，大分子對稱性良好，結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有較高的結(jié)晶性能。 C、每個葡萄糖?；ú话▋啥耍┯?個自由羥基，其中C2、C3仲醇基，C6伯醇基。具有醇羥基的特性。分子間可形成氫鍵。,21,D、左端（非還原端）葡萄糖?；?個自由羥基，右端（還原端）葡萄?；?個自由羥基及1個苷羥基（潛在醛

6、基），具有還原性。大分子一端有還原性，另一端沒有，整個大分子具有極性并呈現(xiàn)方向性。,潛在醛基情況：,22,E、主鏈上的苷鍵對酸較敏感，稀熱酸、冷濃酸都能導(dǎo)致苷鍵水解斷裂，使纖維平均聚合度下降。 F、主鏈上的苷鍵對堿的穩(wěn)定性好，因此棉織物可用燒堿退漿、煮練、絲光等加工。但粘膠的聚合度小，濕強力低，不能用燒堿絲光。,1844年，英國化學(xué)家麥瑟(Mercer)在用棉布過濾濃燒堿中的木屑時，發(fā)現(xiàn)棉布變厚了，知道了濃燒堿可以使棉纖維溶脹的性質(zhì)。于1850年申請專利； 1890年洛爾(Lower)在濃燒堿處理棉布時，發(fā)現(xiàn)施加張力，可提高棉的光澤； 1895年，絲光開始工業(yè)化，為了紀(jì)念麥瑟，將絲光整理稱為麥

7、瑟處理（Mercerizing)。,23,（3）纖維素分子鏈剛?cè)嵝裕?剛性,a.主鏈含六元雜環(huán)，難以繞單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)。 b.相鄰兩個葡萄糖剩基相互倒置，大分子對稱性良好，結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有較高的結(jié)晶性能。 c.大分子含有大量的羥基，大分子間可以形成大量的氫鍵。,24,（4）纖維素大分子的聚集態(tài)理論,a.纓狀微胞結(jié)構(gòu)理論 b.纓狀原纖結(jié)構(gòu)理論 c.折疊鏈結(jié)構(gòu)理論,25,2、纖維素的分類,根據(jù)纖維素在特定條件下在17.5%NaOH溶液中溶解毒的不同分為：-纖維素和半纖維素 -纖維素：植物纖維素在特定的條件下不溶于20，用17.5%NaOH溶液那部分纖維素； 聚合度200 半纖維素：漿粕在20，用17.5%

8、NaOH溶液處理45min，溶解的那部分纖維素。 其中溶解部分中用醋酸中和又重新沉淀分離出來的那部分稱纖維素：聚合度140200；不能沉淀出來的稱纖維素：聚合度10140）,26,3、纖維素的物理性質(zhì),白色、無味、無臭的物質(zhì)。不溶于水、稀酸、稀堿和一般的有機溶劑，但能溶解在濃硫酸和濃氯化鋅溶液中，同時發(fā)生一定程度的分子鏈斷裂，使聚合度降低。,27,4、纖維素的化學(xué)性質(zhì),與大分子截短有關(guān)的反應(yīng)：甙鍵斷裂，纖維素大分子截短，主要指水解反應(yīng)。 與羥基有關(guān)的反應(yīng)：試劑與葡萄糖基環(huán)中的羥基發(fā)生反應(yīng)，生成不同的纖維素衍生物。,28,酸對纖維素的作用： 甙鍵具有縮醛鍵的性質(zhì)酸水解作用甙鍵發(fā)生斷裂聚合度 氧化

9、劑對纖維素的作用： 纖維素是多羥基化合物氧化劑分子鏈斷裂聚合度 伯羥基（-CH2OH）氧化成醛基（CHO），并可繼續(xù)氧化成羧基。 鏈末端環(huán)節(jié)中的還原性基團氧化成羧基。 葡萄糖酐環(huán)節(jié)中C（2）和C（3）上羥基氧化成醛基，并可繼續(xù)氧化成羧基 C（2）和C（3）上的羥基在環(huán)不破裂下氧化成一個酮基或二個酮基。,29,堿對纖維素的作用 纖維素+稀堿：穩(wěn)定 纖維素+濃堿：堿纖維素；絲光。 纖維素的酯化反應(yīng) 纖維素與各種無機酸和有機酸反應(yīng)，生成酯化物 纖維素的醚化反應(yīng) 纖維素與鹵代烷、鹵代羧酸作用生成纖維素醚,30,三、纖維素的漿粕制造及質(zhì)量要求：,1、漿粕的制造,原料,備料,蒸煮,精選,漂白,漿粕,除雜質(zhì)

10、,提高純度和反應(yīng)性能,提高白度和反應(yīng)能力,除非纖維素雜質(zhì) 和提高漿粕的反應(yīng)能力,31,漿粕包裝車間,產(chǎn)品檢驗,生產(chǎn)車間,棉漿粕,32,2、漿粕的質(zhì)量要求 （1）純度高 -纖維素制得纖維質(zhì)量 漿粕生產(chǎn)成本 長絲漿：-纖維素95.5%（棉漿）；90%（木漿） 短纖漿：-纖維素92%（棉漿）；88%（木漿） 富強纖維漿：-纖維素97.8% 強力漿：-纖維素98.5%,33,2、漿粕的質(zhì)量要求,（2）灰分： Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+與半纖維素形成粘性極強的絡(luò)合物粘膠過濾 Fe2+、Mn2+、Co2+促進老成老成工藝難以控制粘膠粘度波動 Fe2+粘膠顏色灰暗、發(fā)黑 長絲：灰分0.12%（棉

11、漿）；0.1%（木漿） 短纖：灰分0.15%（棉漿）；0.12%（木漿）,34,（3）半纖維素含量少 半纖維素的危害： 影響浸漬：半纖維素溶于堿液堿液粘度堿液向漿粕內(nèi)部的擴散漿粕中半纖維素溶出率堿纖維素質(zhì)量不勻 延長老成時間：半纖維素平均聚合度纖維素平均聚合度潛在鏈末端基（醛基）潛在數(shù)量醛基易被氧化消耗反應(yīng)介質(zhì)中的氧堿纖維素老化時間 影響黃化：半纖維素黃化速度比甲纖快消耗CS2堿纖維素酯化黃酸酯溶解 影響粘膠過濾：半纖維素堿纖維素酯化度黃酸酯溶解粘膠過濾 其末端潛在醛基氧化成的羧基與灰分中的金屬離子（Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+）形成粘性極強的絡(luò)合物粘膠過濾 影響纖維物理機械性能：半

12、纖維素粘膠纖維物理機械性能,35,（4）木素： 木素漿粕膨潤性反應(yīng)性 木素木素中含有易氧化的羰基消耗反應(yīng)介質(zhì)中的氧堿纖維素老化時間 木素漂白生成氯化木素脫硫浴中形成有色物纖維斑點 木素纖維發(fā)硬,36,（5）平均聚合度： 影響纖維強度，要求聚合度均勻；5001000 平均聚合度粘度過濾困難,37,（6）反應(yīng)性能： 定義：制取粘膠所需的CS2的最小量。 反應(yīng)性能好的漿粕，消耗較少量的二硫化碳和燒堿，就能制得過濾性能好的粘膠,38,第三節(jié) 粘膠原液的制備,四個過程：,（1）粘膠的制備 （2）紡前準(zhǔn)備 （3）纖維成型 （4）后處理,39,1粘膠的制備（粗）： 浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解 2粘膠

13、的紡前準(zhǔn)備（細(xì)）： 混合、過濾、脫泡 3粘膠的紡絲（濕紡）及 纖維的拉伸： 4粘膠纖維后處理：水洗、脫硫、漂白、 酸洗、上油、干燥、 （長絲：加捻、絡(luò)筒； 短纖：切斷、打包）,40,粘膠生產(chǎn)流程,41,一、堿纖維素的的制備 （一）漿粕的準(zhǔn)備 漿粕的貯存：一個月生產(chǎn)用量 漿粕的調(diào)濕： 含水量大小：不重要（只要相應(yīng)改變工藝條件即可） 含水量波動：2% 影響：波動浸漬時滲透到漿粕內(nèi)的堿液被稀釋的濃度不同漿粕膨潤性不均勻 堿纖維素不均勻老成、黃化 不均勻粘膠過濾成品纖維質(zhì)量 方法：烘干、調(diào)濕處理 漿粕的混合： 目的：減少或消除各批漿粕間品質(zhì)的差異 原則：混粕批數(shù)：616個批號；批數(shù)越多混粕均勻性粘膠質(zhì)

14、量穩(wěn)定,42,（二）堿纖維素的制備 漿粕在18%左右的燒堿溶液中，纖維素與燒堿作用，生成堿纖維素；同時漿粕膨脹，使?jié){粕中的半纖維素和其它雜質(zhì)溶出，這個過程稱為浸漬，又稱堿化。,43,1浸漬的目的 纖維素與燒堿作用，生成堿纖維素； 使?jié){粕中的半纖維素和其它雜質(zhì)溶出； 纖維素大分子間的氫鍵受到破壞，使纖維素的反應(yīng)性能提高； 堿化后的纖維素能與CS2作用生成纖維素黃酸酯鈉鹽制取粘膠溶液；,44,2浸漬過程中的物理、化學(xué)變化 化學(xué)反應(yīng) 主反應(yīng)：纖維素葡萄糖基環(huán)第二位碳原子上的仲羥基，處于甙鍵的-位置，負(fù)電性極強（較強的酸性），與堿作用容易形成醇化物，纖維素葡萄糖基環(huán)第六位上的伯羥基酸性較弱，則容易生成

15、加成物。,副反應(yīng)：半纖維素堿化反應(yīng)、部分纖維素的堿性氧化 降解,45,物理變化 漿粕的膨化和半纖維素的溶出 膨化黃化時CS2向內(nèi)擴散速度黃化反應(yīng)纖維素大分子間的氫鍵被破壞羥基游離出來 黃化反應(yīng)半纖維素的溶出,46,3影響浸漬的因素： （1）浸漬時間： 堿纖維素生成：25min；半纖維素溶出45min（靜止）； 古典法浸漬：60120分鐘； 連續(xù)式浸漬：浸漬時攪拌，715min（主浸漬） +30min（輔助浸漬） 浸漬時間纖維素膨化壓榨困難,47,漿粕槽式浸漬壓榨機粉碎機老成箱黃化鼓溶解機混合機過濾機脫泡桶,粘膠原液的制造：古典法、連續(xù)法、五合機法 古典法： 生產(chǎn)工藝流程均需分開進行，屬間歇式生

16、產(chǎn)，此方法浸漬溫度低，制得的堿纖維素質(zhì)量最好，但生產(chǎn)工序多，浸漬時間長，設(shè)備多，生產(chǎn)周期長，勞動強度大，勞動生產(chǎn)率低，故此法已被淘汰。其工藝流程如下：,48,連續(xù)浸壓粉法： 采用連續(xù)浸壓粉機將漿粕的浸漬、壓榨、粉碎三道工序合并在一臺機器上進行，此法連續(xù)化和自動化程度高，能保證產(chǎn)品質(zhì)量，勞動強度低，設(shè)備投資少，生產(chǎn)能力大，可縮短某些工序，粉碎時能耗低，在粘膠長絲和粘膠短纖維生產(chǎn)中普遍采用。只是堿纖維素的質(zhì)量比古典法稍差。其生產(chǎn)工藝流程如下：,漿粕連續(xù)式浸漬壓榨粉碎聯(lián)合機老成鼓黃化機溶解機混合機過濾機連續(xù)快速脫泡桶,49,五合機法： 此法將浸漬、粉碎、老成、黃化、初溶解五道工序合在一個機臺內(nèi)完成。

17、經(jīng)初溶解后的粘膠直接送后溶解機、混合、過濾、脫泡，此法生產(chǎn)周期短，設(shè)備投資少，占地面積小，勞動條件好，但制得的粘膠質(zhì)量差，僅用于普通粘膠短纖維生產(chǎn)。其生產(chǎn)工藝流程如下：,漿粕五合機后溶解機混合機過濾機脫泡桶,50,（2）浸漬堿液溫度： 堿纖維素的生成反應(yīng)是放熱反應(yīng) 古典法2030， 連續(xù)浸漬4070， 五合機法3060 浸漬溫度漿粕膨脹有利于堿纖維素生成和半纖維素溶出壓榨困難 浸漬溫度水解速度分子化合物形成速度,51,（3）浸漬堿液濃度： 理論值=（1012%） 實際值：1822% （反應(yīng)生成水、漿粕本身含水） 堿液濃度（22%）纖維素黃酸酯溶解度，粘膠過濾,52,（4）浸漬浴比（漿粥濃度）：

18、古典法浸漬浴比為120，連浸法12040，五合機法123 浸漬浴比：漿粕的絕干重量（kg）和浸漬堿液體積（L）之比稱為浸漬浴比 漿粥濃度：浸漬浴比用百分?jǐn)?shù)表示為漿粥濃度。 漿粥濃度堿液與纖維素接觸堿纖維素生成與半纖維素溶出浸漬機單機生產(chǎn)能力回收堿液耗能大、漿粥壓榨困難 漿粥濃度堿液與纖維素接觸堿纖維素生成與半纖維素溶出,53,4、堿纖維素的壓榨和粉碎 （1）壓榨 作用：壓出多余堿；除去半纖維素及雜質(zhì)；提高堿纖維素純度；減少黃化副反應(yīng)； （2）粉碎： 作用：堅硬板塊粉碎細(xì)小、松散屑狀比表面積老成時與空氣接觸 老成均勻,54,55,（三）堿纖維素的老成 1、定義：堿纖維素在恒溫下保持一定時間，在空

19、氣中氧化降解，聚合度下降至工藝要求。 2、粘膠纖維制備過程中聚合度的變化： 亞硫酸木漿： 8001000 浸漬 750900 粉碎 700850（連續(xù)法）； 600700（古典法） 老成 450550 黃化 350400 熟成 350400 纖維制品 330400,56,3、老成機理： 纖維素的氧化降解：空氣中的氧對纖維素在堿性介質(zhì)中的氧化反應(yīng)是生成游離基的連鎖反應(yīng)（鏈的引發(fā)、連鎖反應(yīng)、自行催化作用、鏈的終止） 纖維素的結(jié)構(gòu)降解：纖維素的整列區(qū)的結(jié)晶組分被破壞分離成由大分子組成的絲束,老成方法：,按溫度劃分,常溫老成法：溫度1825，時間4060h，用于長絲,中溫老成法：溫度3034，時間12

20、18h；用于長絲,高溫老成法：溫度4060，時間15h，用于短纖維,按設(shè)備劃分,間歇式老成：,連續(xù)式老成：,58,4、影響老成因素： 老成溫度：溫度老成速度 常溫老成（1825）；中溫老成（3034），如普通粘膠長絲；高溫老成（5060），如普通粘膠短纖維 老成時間：老成時間堿纖維素的氧化降解聚合度 常溫老成4060h；中溫老成1218h；高溫老成1-5h； 注意： 靜置老成老成溫度=粉碎后堿纖維素溫度 連續(xù)老成老成出料溫度=黃化初溫,59,半纖維素含量：半纖維素爭奪空氣中氧正常堿纖維素老成受阻老成速度 堿纖維素組成：壓榨后堿纖維素中-纖維素、堿和水堿纖維素內(nèi) 部空隙堿纖維素與氧接觸老成速度

21、雜質(zhì)：氧化劑或氧化的催化劑（鐵、鋁、鎳、氯、鈷、錳）催化老成反應(yīng)老成速度 還原劑（金、銀）老成速度 堿纖維素的壓榨和粉碎度： 壓榨倍數(shù)或游離堿量降解老成速度 粉碎度堿纖維素比表面積老成速度,60,二、纖維素黃酸酯的制備,堿纖維素在一定條件下與CS2反應(yīng)，生成纖維素黃酸酯，這一反應(yīng)過程工藝上稱為黃化。 粘膠就是纖維素黃酸酯的稀堿溶液。 目的：黃酸基團引入纖維素大分子間距大分子間 作用力黃酸基團（親水）溶劑化纖維素黃酸酯稀堿溶液 難溶 可溶,61,（一）堿纖維素黃化原理 1、黃化主反應(yīng)：堿纖維素與CS2反應(yīng)生成纖維素黃酸酯。,黃化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度有利于黃化反應(yīng)，故在黃化機夾套內(nèi)通入冷卻鹽水

22、。 非均一狀態(tài)反應(yīng)：固相（堿纖維素）、液相（CS2、水）、氣相（CS2氣、水蒸氣） 水為黃化反應(yīng)的活化劑，沒有水，反應(yīng)不能進行,62,2黃化副反應(yīng)： 纖維素黃酸酯的水解和皂化： CS2與NaOH反應(yīng)：是主要的黃化副反應(yīng)，生成紅色油狀液體三硫代碳酸鈉及其它副產(chǎn)物，反應(yīng)溫度愈高，黃化副反應(yīng)愈強烈。由于紅色油狀副產(chǎn)物的存在，使纖維素黃酸鈉變成微黃色，甚至變成桔紅色。 半纖維素的黃化反應(yīng)及其黃化產(chǎn)物的分解,3、黃化反應(yīng)機理 氣固相反應(yīng)，放熱反應(yīng)，可逆反應(yīng)。 反應(yīng)包括：擴散過程和與羥基的反應(yīng),63,黃化程度表示法： 黃化程度用酯化度或黃化率表示，它是指纖維素分子的100個葡萄糖殘基上被結(jié)合的CS2分子的

23、個數(shù)。一般粘膠纖維酯化度在50左右，粘膠強力絲為70左右，酯化度越高，則纖維素黃酸酯的溶解性能越好。,64,65,三、纖維素黃酸酯的溶解 （1）初溶解：黃化結(jié)束后，夾套加入調(diào)溫溶解水（2 4），物料降溫至1014，同時快速攪拌，3040min，送后溶解 （2）后溶解 目的：堿初溶解后的纖維素黃酸鈉進一步溶解在稀堿液或軟化水中，制成粘膠,R223型后溶解機結(jié)構(gòu)示意圖 1轉(zhuǎn)刀 2磨盤 3內(nèi)膽 4粘膠進口 5，8冷鹽水進口 6夾套 7粘膠出口 9冷鹽水出口,66,影響因素： 纖維素黃酸酯的酯化度：溶解性粘膠結(jié)構(gòu)度粘度（黃酸基團妨礙大分子在溶液中相互作用） 工業(yè)：=5060（酯化度） 溶解溫度：放熱過

24、程，低溫溶解；溶解溫度分段控制：2025； 10 12； 溶解溫度放熱過程溶解性 溶劑與黃酸酯結(jié)合能溶劑化溶解性溶解速度生產(chǎn)能力 溶解時間：23h（攪拌研磨速度120150r/min）；1h（攪拌研磨速度 500r/min） 時間溶解效果、但生產(chǎn)效率低 攪拌與研磨：攪拌與研磨黃酸酯顆粒細(xì)溶解的比表面積溶解速度,67,三、粘膠的紡前準(zhǔn)備 1 、粘膠混合：粘膠質(zhì)量均勻性；緩沖罐； 2、粘膠的熟成：粘膠在一定溫度下，放置一定時間過程中，發(fā)生一系列的化學(xué)和物理化學(xué)變化，稱熟成。,熟成中的化學(xué)變化： 水解：纖維素黃酸鈉+水纖維素+二硫化碳+氫氧化鈉 纖維素+碳酸鈉+硫代碳酸鈉+水 皂化：纖維素黃酸鈉+氫

25、氧化鈉纖維素+碳酸鈉+硫化鈉 補充黃化：粘膠中纖維素上未反應(yīng)的羥基或黃酸酯分解后游離出的羥基吸附游離的二硫化碳 纖維素+二硫化碳+氫氧化鈉纖維素黃酸鈉+水 熟成后：酯化度下降,69,3.熟成中各項指標(biāo)的變化： 粘膠熟成度：時間粘膠凝膠程度熟成度 粘膠粘度：熟成開始粘度到最小值 粘度回升 一定熟成時間后 粘度工業(yè)：落球粘度40-60s 酯化度：下降。但仲羥基離解速度快，解離下來的 CS2會使伯羥基上的酯化度有所提高，使磺酸基團分布均勻,70,（4）影響因素： 熟成時間：紡前準(zhǔn)備2030h（纖維素黃酸酯溶解+紡前準(zhǔn)備） 脫泡速度熟成時間 熟成溫度熟成速度熟成時間（粘膠穩(wěn) 定差） 粘膠中堿含量熟成速

26、度熟成時間（ 粘膠穩(wěn)定性差）,熟成溫度：1420（低溫熟成） 熟成溫度粘度有利于脫泡過濾黃酸酯分解 粘膠均勻性、穩(wěn)定性黃酸基團的重排黃酸基團分布不勻 熟成溫度黃酸酯分解緩慢均勻熟成設(shè)備增加、車間面積,71,粘膠的組成： 纖維素黃酸酯：纖維素黃酸酯粘度 堿濃度：78%，熟成度降低，穩(wěn)定性最高 助劑： 減緩熟成過程的助劑：還原劑（亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽） 加速熟成過程的助劑：一元醇、多元醇 改變熟成過程中粘膠的粘度和熟成度的助劑：強電介質(zhì) （Na2CS3）粘度和熟成度,72,73,4、粘膠的過濾： 除去粘膠中不溶解的或半溶解的粒子及機械雜質(zhì)三道過濾：頭道（除去30m）、二道（除去15m）；紡前過濾（

27、保險）,74,影響過濾因素： 漿粕反應(yīng)性能：反應(yīng)性能差粘膠溶解過濾 Fe3+、Cu2+過濾 纖維素堿化不均勻纖維素黃化不均勻過濾 半纖維素過濾 堿纖維素的聚合度：老化不充分、不均勻過濾 粘膠中的氫氧化鈉粘膠穩(wěn)定性過濾 粘膠溶解時間不夠或溶解機械攪拌不良過濾,4、粘膠脫泡： 作用：脫出空氣，避免氣泡絲 方法：靜置脫泡、連續(xù)脫泡,第四節(jié) 普通粘膠短纖維,76,77,一、粘膠短纖維的紡絲及拉伸 (一）工藝流程 粘膠（液）計量泵過濾器噴絲頭酸浴（凝固?。?dǎo)絲機構(gòu)集束機塑化浴拉伸 粘膠短纖維紡絲拉伸示意圖 1一粘膠管 2一計量泵 3橋架 4一曲管 5一燭形濾器 6噴絲頭組件 7一凝固浴 8一進酸管 9一

28、回酸槽 10一導(dǎo)絲桿 11一紡絲盤 12一前拉伸輥 13一塑化浴 14一罩蓋 15一后拉伸輥,78,(二)、紡絲 1、化學(xué)變化： 主反應(yīng)： 纖維素黃酸鈉+硫酸纖維素+硫酸鈉+二硫化碳 堿+硫酸硫酸鈉+水 副反應(yīng)： Na2CS3+H2SO4Na2SO4+CS2+H2S Na2S+H2SO4Na2SO4+H2S Na2Sx+H2SO4Na2SO4+H2S+(x-1)S Na2SO3+H2SO4Na2SO4+H2O+SO2 Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2,79,2、物理化學(xué)變化,絲條凝固： 粘膠溶液酸浴（凝固?。┗瘜W(xué)變化，發(fā)生形態(tài)變化液態(tài)變成固態(tài)水分脫出 絲條表皮和內(nèi)層的差異：

29、,普通粘膠橫向形態(tài),普通粘膠縱向形態(tài),不規(guī)則的鋸齒形,平直有不連續(xù)的條紋,80,結(jié)構(gòu)特征：皮芯結(jié)構(gòu)（染色時表皮色淺，中心色深） 皮層（外層）和芯層（內(nèi)層）的結(jié)晶度、取向度、晶粒大小、密度等不同。 產(chǎn)生皮芯結(jié)構(gòu)和鋸齒形截面的原因： 溶液流體表層先凝固成纖維外層，溶液內(nèi)層緩慢凝固成纖維內(nèi)層。拉伸時，皮層受拉伸大，取向度高，結(jié)晶時間短，因此皮層和芯層取向和結(jié)晶不同； 皮層先凝固芯層后凝固，內(nèi)外層不同時收縮，形成鋸齒形邊緣。,81,（三）、凝固浴 1、組成及作用 硫酸： a.使纖維素黃酸鈉分解，再生出纖維素； b.中和粘膠中的堿，使粘膠凝固， c.使黃化產(chǎn)生的副產(chǎn)物分解,硫酸鈉： a.抑制硫酸的離解

30、，減緩纖維素的再生速度； b.促進粘膠鹽析脫水而凝固 硫酸鋅： a.與纖維素黃酸鈉生成穩(wěn)定的中間產(chǎn)物纖維素黃酸鋅，纖維素黃酸鋅在凝固浴中的分解速度比纖維素黃酸鈉慢得多，有利于拉伸，纖維強度較高,2、凝固浴各組分濃度 H2SO4： H2SO4粘膠細(xì)流凝固距離成形不良膠塊、毛絲，單絲斷裂 H2SO4 粘膠細(xì)流凝固纖維脆硬 H2SO4落差不得大于57g/L（短纖維），23g/L（長絲）,Na2SO4、ZnSO4： Na2SO4、ZnSO4 浴中H+粘膠鹽析、交聯(lián)纖維素再生時間 纖維皮層厚度、柔韌性拉伸性能 Na2SO4 、 ZnSO4 黃酸酯分解速度絲條帶膠塊可紡性惡化,3、凝固浴溫度 凝固浴溫黃酸

31、酯分解速度凝固速度 凝固浴溫纖維成型纖維品質(zhì)紡絲操作困難 凝固浴溫粘膠細(xì)流凝固不能正常紡絲。 備注：Na2SO4在凝固浴中的溶解度隨著溫度降低而減少，常規(guī)的凝固浴溫低于25 35，則容易析出 Na2SO4結(jié)晶（芒硝），造成紡絲的困難。,86,4、浸浴長度 浸浴長度： 粘膠長絲：離心式紡絲機200300mm，半連續(xù)式紡絲機360mm，強力絲500700mm 粘膠短纖維：普通500600mm，富強250500mm （降低紡絲速度來達到凝固良好） 浸浴長度絲條成形均勻纖維強度和柔軟性浸浴長度受設(shè)備限制，不能無限增加,87,5、凝固浴的循環(huán)速度： 粘膠長絲：凝固浴中硫酸濃度落差小于23g/L，循環(huán)量大

32、于40L/h，或900950L/kg絲。 粘膠短纖維：循環(huán)量200400L/kg纖維。,88,（四）拉伸 1、噴絲頭拉伸 定義：第一紡絲導(dǎo)盤的線速度與粘膠從噴絲頭噴出速率之間的比率 表達式： 討論：噴絲頭拉伸率毛絲或斷頭（細(xì)流處于粘流態(tài)）纖維強度 塑化拉伸 高濕模量或強力粘膠（酯化度高），采用噴絲頭負(fù)拉伸,噴絲頭拉伸,2、導(dǎo)盤拉伸 定義：導(dǎo)盤與第一集束輥之間的拉伸 是最主要的拉伸，能夠使纖維素大分子沿軸向達到一定取向。,3、塑化拉伸 定義：塑化浴中進行；塑化浴溫度9598，硫酸濃度1030克/升 作用：高溫酸浴塑化浴再次再生（再生完全）絲條塑化狀態(tài)拉伸（纖維大分子鏈沿纖維軸整齊排列） 討論：塑

33、化拉伸率取向、伸長要獲得品質(zhì)好的纖維，不能片面提塑化拉伸率，而不顧纖維伸度。,92,三、粘膠短纖維的后加工 （一）工藝流程： 1散狀纖維后加工： 精練（水洗、脫硫、漂白、酸洗、上油）切斷干燥打包 2絲束狀后加工 切斷精練（水洗、脫硫、漂白、酸洗、上油）干燥打包,粘膠后處理流程示意圖,93,（二）工藝控制： 1、水洗： 目的：除去纖維從凝固浴帶來的硫酸及硫酸鹽，以及附在絲條表面的硫磺； 每經(jīng)脫硫、漂白、酸洗等化學(xué)處理后均需水洗，除去生成的水溶性雜質(zhì) 用水要求：純凈的軟水 水硬度纖維表面粘著沉淀的CaO和MgO上油時生成不溶性 鈣、鎂皂纖維表面皂斑 水中鐵鹽脫硫時生成黑褐色FeS沉淀而粘污纖維 水

34、中錳鹽纖維漂白時，錳的催化作用加速大分子降解 水中堿度鐵鹽轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3沉淀粘著纖維表面,短纖維網(wǎng)帶式后處理機示意圖 1不銹鋼網(wǎng)帶 2噴淋篩 3壓榨輥 4傳動輥 5張力輥 6接受浴槽 7托輥,工藝： 溫度：7080 溫度 雜質(zhì)在水中溶解度 溶解的雜質(zhì)從纖維內(nèi)部擴散到洗液中擴散速度 能耗車間充滿蒸汽勞動條件差 水循環(huán)量：水循環(huán)量洗滌效果 水、電、汽消耗量（工藝上：第一次水洗和脫硫后的第一次水洗排出，其余回收利用）,95,2、脫硫： 纖維含硫情況： 精練前：含硫量=11.5%纖維重 熱水洗后：含硫量=0.250.40%纖維重 粘膠簾子線：不需要專門脫硫 民用纖維：脫硫后，含硫量0.050.1

35、0%纖 維重。纖維內(nèi)部的硫以膠體質(zhì)點存在，要用化學(xué)藥劑處理，使不溶于水的膠態(tài)硫轉(zhuǎn)化成水溶性的硫化物而被除去內(nèi)部硫 脫硫目的： 影響：硫纖維帶暗灰或淡黃的顏色纖維粗糙紡織加工引起灰塵惡化車間內(nèi)環(huán)境,96,3、漂白： 目的：增加纖維白度 漂白劑： 1、NaOCl： 工藝控制：有效氯0.71.5g/L，2025，pH810 pH：其漂白作用最有效的是不離解的NaOCl pH8氧化劇烈纖維受損傷NaOCl大量分解惡化勞動環(huán)境 pH10有色物不能被氧化漂白 緩沖劑：NaHCO3、KH2PO4、K2HPO4 效果：漂白效果好，但強度損傷大 2、H2O2： 工藝控制：堿性下pH89：H2O2= H2O+O，

36、原子態(tài)O能氧化有色物 pH漂白纖維在堿性中膨脹纖維素大分子氧化降解 強度 弱堿高溫漂白，pH89（浴液內(nèi)加肥皂，硅酸鈉等），6070，H2O212g/L,97,4、酸洗： 目的：除去纖維在漂白、水洗后含殘余的氯和纖維上所帶有的氫氧化鐵及其它重金屬。 工藝控制： HClO+HClCl2+ H2O Fe(OH)3+3HClFeCl3+ H2O 鹽酸（溶解所有金屬鹽），2050，0.52g/L，但鹽酸腐蝕性大，設(shè)備要耐腐蝕 5、上油： 目的：調(diào)節(jié)纖維表面摩擦力，使纖維具有柔軟平滑的手感，又能適當(dāng) 增加纖維的抱合力 上油原理： 油劑（大分子兩端分別由極性基團和非極性鏈組成）的極性基團與纖維素大分子的游

37、離羥基結(jié)合纖維外表面被油劑的非極性鏈所覆蓋纖維與金屬表面的摩擦力，纖維柔軟、平滑,98,6、干燥： 干燥溫度：烘干前區(qū)70100；中區(qū)100120；后區(qū)6070； 干燥溫度纖維干燥快纖維發(fā)黃、變脆、染色均勻性差120強度、含油、白度 纖維調(diào)濕：烘干后纖維在標(biāo)準(zhǔn)回潮率下（回潮率78%）噴霧裝置給濕纖 維1013%回潮率 干燥均勻性影響因素： 進入烘干機纖維的回潮均勻性：纖維經(jīng)軋水后的平均含水率110120%較好；烘干機內(nèi)纖維層厚、薄均勻性：在烘干過程中對纖維進行中間開松可起 到干濕混合的作用，烘干均勻性提高 。,普通粘膠短纖維生產(chǎn)工藝流程,100,作 業(yè) 1、簡述粘膠纖維的生產(chǎn)流程（原料漿粕 初生纖維 成品）及各主要工序的作用。 2、粘膠纖維產(chǎn)生皮芯結(jié)構(gòu)的原因是什么？,101,其他類型再生纖維素纖維 1、粘膠強力纖維 全皮層，強度高，耐疲勞